一种NaA分子筛膜的制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种NaA分子筛膜的制备装置，属于分子筛膜制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 有机溶剂脱水的应用在石油化工、生物医药、食品等行业普遍存在。有机物与水形 成的共沸、近沸混合物的分离一直是工业分离的重要任务。传统的分离采用共沸精馈、萃取 精馈及吸附等方法，不仅存在能耗高、工艺流程复杂和效益低等缺点，而且大量使用对环境 有害的第=方有机溶剂，会带来环境污染等问题，开发新型高效的溶剂脱水技术成为实施 我国节能减排政策的重要组成部分。
[0003] 渗透汽化(或蒸汽渗透）技术是一种新型膜分离技术，其利用被分离液体(或蒸汽） 混合物中各组分在膜中溶解(吸附)与扩散速率不同的原理达到分离的目的。其突出的优点 是能够W低的能耗实现蒸馈、萃取、吸附等传统方法难于完成的分离任务，同时还可W与其 他反应、分离过程禪合，使整个过程达到最优化，在石油化工、医药、食品、环保等工业领域 中具有广阔的应用前景及市场，被专家们称之为二十一世纪最有前途的高技术之一。
[0004] 现有技术中的渗透汽化膜材料主要集中于有机高分子材料，由于此类材料易溶 胀、易塑化、热化学稳定性差等缺点，并且难W同时获得高分离选择性和渗透通量，使其应 用领域受到很大的限制。而无机渗透汽化膜材料主要有分子筛膜、Si02膜W及M0F膜。分子 筛是一种W娃氧四面体和侣氧四面体为基本单元所形成的微孔无机晶体材料，W分子筛作 为渗透汽化膜材料所制备的分子筛膜具有W下优点：1)规整的孔道结构和较小的孔径（<1 nm)有利于实现分子水平的分离；2)良好的热化学稳定性；3)较高的机械强度；4)高的分离 选择性和渗透通量。现有技术中用于渗透汽化脱水的分子筛膜主要有NaA型、NaY型、T型 和孤R型分子筛膜，用于渗透汽化脱除有机物的分子筛膜主要有silicate-1型分子筛膜， 其中对亲水性NaA型分子筛膜的研究最为广泛。1999年，日本=井造船株式会社率先将NaA 分子筛膜推向工业醇类的脱水体系中，并建立了NaA分子筛膜渗透汽化和蒸汽渗透分离装 置。近年来，本申请人江苏九天高科技股份有限公司依托南京工业大学膜科学技术研究所， 在国内也实现了NaA分子筛膜的工业化生产，并建立了十余套渗透汽化和蒸汽渗透工业分 离装置且已投入运行。
[0005] NaA分子筛膜的合成方法很多，按是否采用晶种诱导可分为原位合成法和二次生 长法，按加热方式的不同可为传统加热合成法和微波加热合成法，按合成过程中制膜液是 否流动分为静态水热合成法和动态水热合成法，按合成过程中水分传递方式的不同可分为 水热合成法和蒸汽相转化法。而现有技术中应用最广泛的是二次生长法，其方法就是先用 物理的方法在支撑体的表面涂覆一层致密的分子筛晶种层，再把晶种化后的支撑体置于制 膜液中，在一定的水热合成条件下，晶化成膜。
[0006] 更进一步地，现有技术的NaA分子筛膜的合成主要集中在将陶瓷支撑体垂直于反 应蓋中合成，其合成出过程中存在制膜溶液会形成浓度梯度，运会导致成膜之后，各区域之 间的膜层厚度、均匀度W及致密度不一，特别是在工业化生产时，各批次的成品之间性能有 一定差异，例如：通量或者分离因子W及微结构的差异。CN101402022A利用浆液累将制膜 溶液循环输送至支撑体表面，W消除制膜溶液在支撑体表面的浓度梯度。CN1597072A利用 支撑体横放在反应蓋中，减少了载体径向浓度梯度，制备出具有较高分离性能的分子筛膜。
【发明内容】
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是：现有技术中NaA分子筛膜的制备过程中制膜 溶液所形成的浓度梯度，导致成膜之后，制得的分子筛膜的性能存在着批次差异的问题。通 过反应蓋和支撑体同时转动的方法，来消除制膜溶液的浓度梯度，具体的技术方案是：
[0008] -种NaA分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：
[0009] 第1步、制备晶种化支撑体：将NaA分子筛晶种分散去离子水中分散均匀，得到 NaA分子筛晶种悬浮液；将NaA分子筛晶种涂覆在多孔管状支撑体的表面，将支撑体烘干得 到晶种化支撑体备用；
[0010] 第2步、NaA分子筛膜制备：将第1步得到的晶种化支撑体置于装有NaA分子筛膜 的制膜液的反应蓋中，使反应蓋和支撑体转动，加热进行水热合成开始晶化反应，反应结束 后取出冷却；用去离子水洗涂并烘干，即得到NaA分子筛膜。
[0011] 所述的第1步中，所述的多孔支撑体的构型是单管式、多通道式或者平板式；更优 选地，是采用单管式或者多通道式，NaA分子筛晶种涂覆在多孔支撑体的外表面或者内表 面。
[0012] 所述的第2步中，晶种化支撑体垂直地置于反应蓋中。
[0013] 所述的第2步中，反应蓋和支撑体反向转动。
[0014] NaA分子筛晶种的平均粒径为0. 1~10ym，NaA型分子筛晶种悬浮液的浓度为 1~100g/L。
[0015] -种NaA分子筛膜的制备装置，包括有反应蓋，在反应蓋上设置有反应蓋转动电 机，在反应蓋的上方设置晶种化支撑体固定轴转，在晶种化支撑体固定轴转上还设置支撑 体轴转动电机。
[0016] 在反应蓋的顶部还设置有反应蓋上封头。
[0017] 在反应蓋的下方设置放料阀。
[0018] 在晶种化支撑体固定轴转上还设置有叶片。
[0019] 反应蓋与晶种化支撑体固定轴转在转动时，它们的转动方向相反。
[0020] 有益效果
[0021] 采用本实用新型技术方案合成出长度为800mm的NaA分子筛膜，脱水性能经过渗 透汽化技术表征结果表明，在操作溫度为70 °C，料液为水含量为5wt. %的乙醇/水溶液体 系时，该膜的分离因子>1000,通量>2.0kg-lTi，nr2,兼具有高的选择性和渗透通量。与 现有技术相比，本实用新型创新性地提出利用反应蓋和支撑体同时转动、并转向相异的方 法，解决了在制备NaA分子筛在合成过程中制膜溶液存在的浓度梯度的问题，并且该方法 简单、易行。利用本实用新型的方法合成的NaA分子筛膜与国内外合成的NaA分子筛内膜 的性能相比，重复性高，性能优良，同时由于制膜使用的药品为工业级原料，使得制膜成本 大幅度降低，适合规模化工业生产。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型的反应蓋和支撑体转动的装置示意图；
[0023] 其中，1、支撑体轴转动电机；2、反应蓋转动电机；3、反应蓋上封头；4、晶种化支撑 体；5、放料阀；6、反应蓋；7、晶种化支撑体固定转轴；8、叶片。
[0024] 图2为本实用新型合成的NaA分子筛内膜的膜表面场发射式扫描电镜图；
[0025] 图3为本实用新型合成的NaA分子筛内膜的膜断面场发射式扫描电镜图；
[0026] 图4是另一种反应蓋和支撑体转动的装置示意图。
【具体实施方式】
[0027] 所用的支撑体的构型一般为管式的，例如单管、多通道式，也可W采用板式的支撑 体，只要将支撑体能够固定于反应蓋中，并可转动，即可实现本实用新型的技术方案，构型 的选择可W根据工程实际进行选取，但是为了合成分子筛膜更加方便，最好采用的是单管 或者多通道式的支撑体，其可W保证易于实行支撑体的转动装置、膜管的安装更加方便，W 及具有一定的机械强度和装填密度。支撑体可W采用常规的材质，例如陶瓷材料、金属材料 或有机高分子材料。反应蓋的转动可W通过电机控制皮带轮的方法实现，支撑体的转动可 通过利用带压揽拌方式实现。
[0028] NaA分子筛膜的制膜液可W通过常规的方法制得，例如：将侣源和氨氧化钢加入 去离子水中充分揽拌，得到澄清的含侣的溶液时，加入娃源溶液，揽拌至溶液呈均相，所得 到的溶液为合成NaA分子筛膜的制膜液。NaA分子筛晶种的平均粒径优选为0. 1~10ym， NaA型分子筛晶种悬浮液的浓度优选为1~100g/L。
[0029] 所述的支撑体优选为单管状或多通道状构形。所述的支撑体厚度优选在50~ 10000ym之间，更优选100~3000ym。
[0030] 利用浸溃提拉法将NaA分子筛晶种涂覆在在多孔管状支撑体外表面，NaA分子筛 晶种悬浮液的输送流速优选为0. 01~1m/s，循环时间优选为3~30S。
[0031] 采用的装置如图1所示，在反应蓋6的下方设置放料阀，在反应蓋6上设置有反应 蓋转动电机2,用于带动反应蓋6的转动；在反应蓋6的上方设置晶种化支撑体固定轴转7， 在晶种化支撑体固定轴转7上还设置支撑体轴转动电机1，用于带动支撑体固定轴转7的转 动，在使用时将晶种化支撑体4固定于晶种化支撑体固定轴转7 ;为了防止反应液从反应蓋 6中溢出，在反应蓋6的顶部还设置有反应蓋上封头3。在另外一个实施方式中，在晶种化 支撑体固定轴转7上还设置有叶片8。
[0032] 实施例1
[003引步骤1 :晶种化支撑体的制备
[0034] 如图1所示，称取平均粒径约为2ym的NaA分子筛晶种10g，分散于990g去 离子水中，并盛放在揽拌器上的晶种罐中，揽拌10h后超声30min,得到NaA型分子筛晶种 悬浮液，其晶种悬浮液浓度为lOg/L;将固定于支撑体支架的支撑体浸入晶种悬浮液中5s 后支撑体支架取出，并放入烘箱中烘干，备用。
[003引步骤2 :制备NaA分子筛膜
[0036] 将偏侣酸钢加入氨氧化钢和去离子水充分揽